Casi 800 millones de personas en todo el mundo no tienen acceso a agua potable, y unos 2.500 millones de personas viven en condiciones precariamente insalubres, según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades. Juntos, El agua potable insalubre y el suministro inadecuado de agua para fines de higiene contribuyen a casi el 90% de todas las muertes por enfermedades diarreicas, y las intervenciones efectivas de saneamiento del agua siguen siendo un desafío para los científicos e ingenieros.
Un nuevo estudio publicado en Nanotecnología de la naturaleza propone una nueva estrategia basada en la nanotecnología para mejorar la filtración del agua. El proyecto de investigación involucra las diminutas vibraciones de nanotubos de carbono llamados "fonones, "que mejoran en gran medida la difusión del agua a través de filtros de saneamiento. El proyecto fue el esfuerzo conjunto de un equipo de investigación de la Universidad de Tsinghua y la Universidad de Tel Aviv y fue dirigido por el Prof. Quanshui Zheng del Centro Tsinghua de Nano y Micro Mecánica y el Prof. Michael Urbakh de la Escuela de Química TAU, tanto del TAU-Tsinghua XIN Center, en colaboración con el Prof. Francois Gray de la Universidad de Ginebra.
Sacudir, traqueteo, y rodar
"Hemos descubierto que las vibraciones muy pequeñas ayudan a los materiales, ya sea mojado o seco, deslizarse más suavemente uno al lado del otro, ", dijo el profesor Urbakh." A través de las oscilaciones de fonones, las vibraciones de los nanotubos que transportan agua, el transporte de agua se puede mejorar, y mejora del saneamiento y desalinización. Los sistemas de filtración de agua requieren mucha energía debido a la fricción a nivel nano. Con estas oscilaciones, sin embargo, fuimos testigos de tres veces la eficiencia del transporte por agua, y, por supuesto, una gran cantidad de energía ahorrada ".
El equipo de investigación logró demostrar cómo, en las condiciones adecuadas, tales vibraciones producen una mejora del 300% en la tasa de difusión del agua mediante el uso de computadoras para simular el flujo de moléculas de agua que fluyen a través de nanotubos. Los resultados tienen importantes implicaciones para los procesos de desalación y conservación de energía, p.ej. mejorar la eficiencia energética para la desalación mediante membranas de ósmosis inversa con poros a nivel de nanoescala, o conservación de energía, p.ej. membranas con nanotubos de nitruro de boro.
Crowdsourcing la solución
El proyecto, iniciado por World Community Grid de IBM, fue un experimento de computación colaborativa, llevado a cabo por más de 150, 000 voluntarios que aportaron su propia potencia informática a la investigación.
"Nuestro proyecto ganó el privilegio de utilizar la red de la comunidad mundial de IBM, una plataforma abierta de usuarios de todo el mundo, para ejecutar nuestro programa y obtener resultados precisos, ", dijo el profesor Urbakh." Este fue el primer proyecto de este tipo en Israel, y nunca podríamos habernos arreglado con solo cuatro estudiantes en el laboratorio. Habríamos requerido el equivalente a casi 40, 000 años de potencia de procesamiento en una sola computadora. En cambio, tuvimos el beneficio de unos 150, 000 voluntarios informáticos de todo el mundo, que descargaron y ejecutaron el proyecto en sus computadoras portátiles y de escritorio.
"La informática colaborativa está desempeñando un papel cada vez más importante en los avances científicos, "El profesor Urbakh continuó." Como muestra nuestra investigación, la gama de preguntas que pueden beneficiarse de la participación pública está creciendo todo el tiempo ".
Las simulaciones por computadora fueron diseñadas por Ming Ma, quien se graduó de la Universidad de Tsinghua y está haciendo su investigación postdoctoral en el grupo del Prof. Urbakh en TAU. Ming catalizó la colaboración internacional. "Los estudiantes de Tsinghua son notables. El proyecto representa la cooperación muy positiva entre las dos universidades, que tiene lugar en XIN y debido a XIN, ", dijo el profesor Urbakh.
Otros socios de este proyecto internacional incluyen investigadores del Centro de Nanotecnología de Londres del University College London; la Universidad de Ginebra; la Universidad de Sydney y la Universidad de Monash en Australia; y la Universidad Xi'an Jiaotong en China. Los investigadores están actualmente en conversaciones con empresas interesadas en aprovechar el conocimiento de la oscilación para varios proyectos comerciales.
